三维交互图形的开发与教学应用探索 ——以现代教学媒体图形开发为例

论文摘要

在科技发展的同时,教育也在不断地推陈出新,尤其是在80年代出现的虚拟现实技术,受到科技浪潮的冲击,已经渐渐开始发展,并逐渐应用于各个高科技领域,但由于硬件设施昂贵等条件限制,它在教育中的应用并不是很广。以三维造型为基础,以虚拟现实技术为技术支持的三维交互图形,模仿了客观世界真实事物的外观、色彩与光泽,添加了可供用户随意使用的交互按钮和交互动画演示,让使用者从三维的角度去观察事物全貌,并且可根据需要对事物进行翻转、放大、缩小及功能的学习,也能给人一种近似虚拟场景的初级体验。利用3DS MAX软件建模,用Cult 3D和VRML添加交互的三维交互图形,制作成本较低,能嵌入到多种软件中使用,也能轻松发布到网络上,并且易于存储和携带,作为教学资源也可以重复使用,不受时间和地点的限制。虽然是用软件制作出来的,不能取代真实的实物,但在受实物条件限制的时候,仍然能发挥其作用。三维交互图形不仅可以应用于远程教学,网络教学,还能对教师的课堂教学起到很好的辅助作用。本文的设计作品为“教学媒体虚拟仿真系统”,在此基础上,笔者展开了以下的研究与探索:第一章首先介绍了本文的选题背景和研究意义,分析了国内外的研究现状,并对相关的概念进行了阐释。第二章分析了教学中开发三维交互图形时所需要的指导理论和要遵循的开发原则,并对图形以及三维交互图形的教学应用做了一定的阐述。第三章主要说明了三维交互图形在开发过程中要使用到的主要开发技术以及怎样才能设计出适合教学的三维交互图形。第四章从实际出发,根据教育技术公共课的实验课程要求,利用3ds max软件对现代教学中常用的媒体设备(如多媒体计算机、液晶投影仪、视频展示台、数码摄像机、数码相机、VGA分配器等)进行建模,并通过VRML、Cult 3D等交互软件添加交互操作,以一种全新的三维交互图形的方式呈现给学习者,使学习者能够实现对媒体的自由控制,如:放大、缩小、旋转、移动以及媒体设备相应功能的交互动画等。本章重在说明三维交互图形的设计流程,也对该成果应用于教学前的预测以及应用于教学后的调查问卷进行了分析,并对制作与实践中遇到的问题和受到的启发进行了总结与反思。在论文最后一章,笔者总结了本次论文所做的工作以及该课题的不足之处,力求找到下一次的研究方向和工作重点,为以后的研究做出了美好展望。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 图形对教学效果的影响
• 1.1.2 传统图形在教学应用中存在的不足
• 1.1.3 虚拟现实技术在教学领域的兴起
• 1.2 相关概念阐释
• 1.2.1 传统图形
• 1.2.1.1 图形的概念和分类
• 1.2.1.2 图形的特点
• 1.2.2 三维交互图形
• 1.2.2.1 三维交互图形与虚拟现实技术的关系
• 1.2.2.2 将三维交互图形引入教学的必要性
• 1.2.2.3 引入教学时须注意的问题
• 1.2.3 传统图形与三维交互图形的比较
• 1.3 三维交互图形在国内外的研究现状及趋势
• 1.3.1 国外的研究现状及趋势
• 1.3.2 国内的研究现状及趋势
• 1.4 本文的研究内容和研究目标
• 第二章 三维交互图形开发的理论和原则
• 2.1 设计与开发的教学理论
• 2.1.1 夸美纽斯的直观教学
• 2.1.2 戴尔的经验之塔
• 2.1.3 建构主义理论
• 2.1.4 认知灵活性理论
• 2.1.5 情景认知理论
• 2.1.6 信息传播
• 2.2 设计与开发的原则
• 2.2.1 科学性和艺术性原则
• 2.2.2 实用性原则
• 2.2.3 可操作性原则
• 2.2.4 理论指导原则
• 2.2.5 动态交互原则
• 2.3 图形的教学应用
• 2.3.1 图形在教学中的基本作用
• 2.3.2 图形在教学中的具体应用
• 2.4 三维交互图形的教学应用
• 2.4.1 教学中的三维交互图形
• 2.4.2 三维交互图形对教学的影响
• 第三章 教学中三维交互图形开发的关键技术介绍
• 3.1 三维交互图形的开发技术
• 3.1.1 三维建模技术
• 3.1.2 三维交互技术
• 3.1.3 三维显示技术
• 3.2 设计适合教学应用的三维交互图形
• 3.2.1 分析教学内容和确定教学目标
• 3.2.2 三维图形建模
• 3.2.3 三维图形的交互设计
• 第四章 实践案例——《虚拟教学媒体》图形的开发与应用
• 4.1 开发步骤
• 4.1.1 拟定开发方案
• 4.1.2 教学媒体设备模型的创建
• 4.1.3 为媒体模型添加交互
• 4.1.3.1 添加交互的步骤
• 4.1.3.2 注意事项
• 4.1.4 美化平台的界面
• 4.1.5 最终合成
• 4.1.6 网络发布
• 4.2 将三维交互图形应用于教学实践
• 4.2.1 应用于教学前的准备
• 4.2.2 应用于教学后的调查问卷分析
• 4.3 应用于教学实践后的结论与反思
• 4.3.1 色彩的艺术搭配
• 4.3.2 布光的原则
• 4.3.3 建模的技巧
• 4.3.4 作品导航
• 4.3.5 文件大小
• 4.3.6 交互性
• 4.3.7 教学易用性和实用性
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文研究的创新性及特点
• 5.2 对开发成果所做的工作总结
• 5.3 成果中存在的主要问题与不足
• 5.4 下一步的工作计划与研究重点
• 5.5 对未来的展望
• 附录
• 致谢
• 在校期间的论文发表及科研成果
• 参考文献